水稻粤丰B的香味遗传分析与SSR标记定位

水稻香味的遗传机制比较复杂,从1930年开始,就对香味的遗传机理进行过大量的研究,但不同的研究者所得出的结果不同。随着现代生物技术的发展,水稻香味基因的分子标记定位方面的研究报道不少,但目前所找到的PCR标记与香味基因间的遗传距离偏大,不利于有效地开展香味性状的分子标记辅助选择。为此,进一步对水稻香味性状的遗传及其基因的精细定位是十分必要的。本研究以爆玉米花香型水稻品系粤丰B和无香味品种320B为材料,研究了水稻粤丰B的香味遗传机制,并利用SSR标记对控制香味性状的基因进行了标记定位。结果表明,水稻香味受一对隐性基因控制,有香为隐性,无香为显性;在纯合基因型中水稻叶片的香味与米粒的香味呈高度的一致性;但在杂合的基因型中,叶片无香的单株,其米粒有不香与有香的分离;并将隐性香味基因(fgr)定位于第8染色体上,位于SSR标记GR01和RM223之间,与两标记间的遗传距离分别为3.3cM和5.7cM。     

几个香稻保持系香味的遗传研究

对四川省新选育的7个香稻保持系和1个引进改良的香稻品种的香味遗传和等位性进行了分析,同时,利用微卫星DNA标记对D香2 B和泸香90的香味基因进行了初步定位.结果显示,所有香稻品系(品种)与非香稻杂交,F1植株的叶片均无香味,显示出香味由隐性基因控制;从香与香杂交F1植株、回交BC1F1和F2群体分析看,D香1 B、D香2 B、内香2 B、内香4 B、绵香2 B、绵香3 B、宜香1 B的香味受单隐性基因所控制;泸香90的香味可能受一对抑制基因和一对香味基因控制.初步将D香2 B和泸香90的香味基因定位在第八染色体上,D香2 B香味基因位点与SSR引物RM 210相距17.3 cM,与RM 515相距5.7 cM;泸香90的香味基因位点与RM 515相距4.3 cM.RM 515可应用于水稻分子育种实践.     

水稻多蘖矮杆突变体htd7(t)的遗传分析与基因定位

分蘖是水稻最重要的农艺性状之一,其决定水稻的最终产量。多蘖矮杆突变体htd7(t)是粳稻品种‘日本晴’经350 Gy 的60Co-γ射线辐射处理后产生的突变体。为了克隆HTD7(t)基因,将htd7(t)与‘9311’配制正反杂交组合进行遗传分析发现,htd7(t)多蘖矮杆性状是受1 对隐性核基因控制。利用SSR分子标记将HTD7(t)初步定位在第11 染色体分子标记RM21 与RM254 之间,遗传距离分别为5.6 cM和3.2 cM。利用已经公布的水稻基因组数据,在该基因附近新发展了13 对InDel 标记,对HTD7(t)进行精细定位。根据定位结果构建覆盖HTD7(t)基因的BAC 重叠群,最终将HTD7(t)定位在InDel11-3 和InDel11-5之间的64.8 kb的物理距离内。     

香稻种质资源筛选及香味基因遗传研究

本试验采用KOH浸泡法和香味功能标记对144份水稻品种进行香稻种质资源的筛选,同时以2个杂交组合平粳11/黑香稻、吉林日落/黑香稻的F:群体为试验材料,对黑香稻香味基因进行遗传分析。结果表明,用KOH浸泡法筛选时,有20个水稻品种产生香味;用香味基因功能标记GRFM04筛选时,仅有17个含有香味基因。黑香稻,SY-香-7、清香糯用KOH法筛选产生香味,但用功能标记GRFM04检测为不含有香味基因。黑香稻的香味受1对隐性基因控制,在纯合基因型中水稻叶片的香味与米粒的香味呈高度一致性,但在杂合的基因型中,叶片无香的单株,其米粒有无香与有香的分离。     

红米色素着生位置及其基因定位

分别对红米和白米做了石蜡切片观察,其色素位于果皮和种皮中;并对红米水稻材料红宝石进行了遗传研究及基因定位。红宝石与白色水稻R272的杂交F1表现为红色,表明色素基因受显性基因控制;同时,其F2群体米色性状遗传分离规律符合3∶1的分离比例,表明红色米皮的性状受1对显性基因控制。利用R272/红宝石的F2群体和微卫星标记,将该基因定位在第7染色体上RM8006和RM21186两个标记之间,其遗传距离分别为4.0cM和2.1cM,在物理图上这两个标记的距离为1.7Mb,并将该基因初步命名为Red。     

水稻颖壳和浆片异常突变体ahl的基因定位

研究水稻花发育基因对于水稻相关性状的分子育种具有十分重要的意义。本研究报道一个水稻颖壳和浆片异常突变体ahl (abnormal hull and lodicule),来源于优良恢复系缙恢10号的EMS诱变群体。该突变体内外稃变小并发生严重扭曲,浆片顶端伸长。内外稃异常导致灌浆后米粒变小、畸形,千粒重下降。该性状遗传稳定,受一对隐性基因控制,利用群体分离分析法(bulked segregation analysis,BSA)将AHL基因定位在第2染色体上的SSR标记RM14153与RM14167之间,遗传距离分别为1.19 cM和1.34 cM,物理距离为226 kb。研究结果为AHL基因的图位克隆和功能研究奠定了基础。     

水稻单侧卷叶突变体B157遗传分析及基因初步定位

用60Co-γ射线诱变籼稻品种808,获得一个叶片单侧右向正面卷曲的突变体,命名为B157.以突变体B157与平展叶水稻808、日本晴(粳稻)、东洋超级稻(籼稻)杂交构建F2遗传群体.F2群体分离分析表明,该突变体的卷叶性状由一对隐性基因控制.利用东洋超级稻xB157构建的F2群体对该卷叶性状进行基因定位,初步将控制该卷叶性状的基因定位在水稻第1染色体上,并将其定位在RM272与RI02526两个分子标记之间,我们将该基因命名urll(t)(unilateral rolled leaf 1).定位分析表明,urll(t)基因与RM272与RI02526的遗传距离分别为0.6 cM和2.0 cM.进一步的in silico分析显示,urll(t)基因所在的两个标记间的物理距离为692.9 kb,包含78个预测基因,其中有14个编码未知功能的表达蛋白,17个编码未知功能的假定蛋白,47个编码功能蛋白.基于TIGR数据库的分析发现,在这些预测基因中有三个预测基因与植物细胞分裂和生长有关,我们推测这三个预测基因可能与控制urll(t)卷叶性状有关.     

一个新的水稻内卷叶突变体的表型和遗传分析

叶片是光合作用的重要器官,适度卷曲有利于改善群体光照、提高光能利用率,卷叶基因是培育理想株型的重要资源。为研究控制水稻叶片形态建成的分子机理,从EMS诱变粳稻品种日本晴的M₂代中分离了一个叶片向内卷曲的突变体s1-145,该突变体叶绿素含量增高,株高和育性等产量性状正常。遗传分析表明该性状受一对隐性基因控制。利用InDel标记将该基因定位于第2染色体R2-34.70和R2-34.79之间物理距离为90 kb的范围内。本研究结果为该卷叶基因的克隆和功能分析奠定了基础,对水稻株型改良提供了基因资源和育种材料。     

水稻叶色突变体xws的基因定位与育种利用

在育种实践中,叶色基因可作为标记性状,对提高杂交制种效率和降低杂交种子生产成本具有重要意义。xws是在水稻两用核不育系的大面积制种田中发现的一株自然黄叶突变体,本研究比较了xws与野生型的主要农艺性状,并对该突变体进行了遗传分析、基因定位及育种利用。结果表明:xws比野生型始穗期推迟3 d,株高、穗长、单株有效穗数、穗粒数均比野生型有所增加,而千粒重比野生型略有减少。遗传分析表明xws黄叶性状受单隐性核基因控制,暂时将其命名为XWS。以xws与R华占杂交的F2群体作为定位群体,将XWS基因定位在水稻第3号染色体分子标记WY152到WY244之间,其遗传距离分别为0.2 cM和0.5 cM。此外,通过xws开展相应的育种利用研究,已选育出稳定的带叶色标记性状两系不育系黄13S,其所配组合展示出极大的应用潜力。     

一个新的水稻黄绿叶突变体的遗传分析与基因定位

通过化学诱变获得一份稳定遗传的水稻黄绿叶突变体D83。该突变体苗期植株呈黄绿色,分蘖期开始逐渐转为淡绿色。与野生型相比,突变体苗期叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别下降45.03%、53.93%和39.56%,成熟期每穗着粒数减少9.45%,千粒重下降10.76%。对D83与正常绿色品种杂交F₁、F₂代的遗传分析表明,D83的突变性状由一对隐性核基因控制。以D83/浙福802 F₂代作定位群体,应用分子标记将D83所携带的突变基因定位于水稻第2染色体短臂的SSR标记RM110附近,InDel标记Ch2-27和Ch2-32之间,该基因与这2个InDel标记的遗传距离分别为1.2 cM和2.3 cM。认为D83所携带的突变基因是一个新的水稻黄绿叶突变基因,暂命名为chl13(t)。     

优质紫香糯龙晴4号的紫色和香味的基因型分析

特种稻是指具有特殊遗传性状和用途的水稻,因此明确特殊性状的基因型对特种稻的改良和选育具有重要的指导意义。本研究利用遗传分析和基因标记鉴定的方法,分析了优质紫香糯稻品种龙晴4号的香味和紫色种皮基因型。结果表明龙晴4号的香味基因是受fgr基因控制,其第2外显子存在8bp的碱基缺失,而紫色种皮基因是Ra(Pb)基因控制的,其第7外显子末端处存在2bp(GT)缺失。根据2个基因的缺失位点设计了2对功能标记,可以用于香米和紫米的基因标记辅助选择,提高特种稻的选育效率。     

不同香味等位基因粳稻的分子和香味特性研究

利用水稻甜菜碱醛脱氢酶Badh2基因的两个外显子缺失标记引物从60份优质常规粳稻中筛选到11份香稻材料,对其分子基础和香味特性进行分析。追踪香稻系谱,发现外显子7缺失的材料其香味可能与籼稻种质有关。进一步利用第8染色体上37对SSR引物分析11份材料遗传基础,结果有20对呈现多态且检测到64个等位基因变异,平均等位基因数目为3.2个。聚类分析发现苏香粳1号和苏香粳2号归为一类且与其他材料遗传距离较远;对两品种感官评价发现幼苗植株和米饭香味特性均表现突出。利用半定量RT-PCR检测幼苗植株香味基因的表达量,发现不同品种幼苗地上部表达各异,且根部有香味基因不同程度的表达。研究结果为了解粳稻品种的香味特性和香稻育种提供了一定依据。     

Development of advanced fragrant rice lines from MR269 × Basmati 370 through marker-assisted backcrossing

Fragrance in rice is an appealing attribute to consumers. The increasing demand for fragrant rice highlights the need to develop fragrant rice variety that suit the preference of local consumers in addition to reduce fragrant rice imports. Marker-assisted backcrossing (MABC) was employed to develop advanced fragrant rice lines from the cross between MR269 and Basmati 370. MR269 is a Malaysian high-yielding rice variety but non-fragrant and was used as recurrent parent whereas Basmati 370 is a well-known fragrant traditional rice variety and was used as donor parent for the fragrance gene. Two generations of backcrosses and a generation of selfing were conducted to introgress the fragrance gene and restore the recurrent parent genome in the backcross progenies. As a result, 14 advanced fragrant rice lines were developed. These advanced fragrant rice lines carried homozygous alleles for the fragrance gene, similar to Basmati 370. The average recovery of recurrent parent genome was 88.4%. Besides being fragrant, the advanced fragrant rice lines also had most of the morphological and agronomical traits similar to MR269. Grain quality of the advanced fragrant rice lines in terms of gelatinization temperature, amylose content and gel consistency are also similar to both parents. Besides, the advanced fragrant rice lines had 2-acetyl-1-pyrroline content similar to Basmati 370. MABC approach applied in this study has successfully introgressed the fragrance gene and accelerated the recovery of recurrent parent genome in advanced fragrant rice lines, therefore these lines can be delivered to the farmers and consumers for use in due time.     

一种用于香稻筛选的简单显性标记研究(英文)

本文介绍了一种简单的显性标记,可辅助香稻选育。该方法根据大部分香稻的 BADH2 第 7 外显子的8 碱基差异,分别设计香稻特异引物 Frg-Y,和非香稻特异引物的 Frg-N,再设计一条公用引物 Frg-share。利用Frg-Y 和 Frg-share 即可筛选含有香味基因的材料;利用 Frg-N 和 Frg-share 可辅助鉴定香味基因是否纯合。扩增结果可以在琼脂胶上显示,并且由于带型简单,可以多次点样,非常适于育种过程中的大量样品筛选。     

新型香稻渝恢2103香味分子遗传特性分析

香味是优良稻米品质的重要衡量标准之一,2-乙酰-1-吡咯啉(2AP)是最主要的香味物质,然而2AP生物合成机理至今仍未确凿。本研究筛选了与2AP生物合成密切相关的甜菜碱脱氢酶2基因(Badh2)在30份水稻材料中的3种突变类型,从中发现1份新的香稻材料渝恢2103,该材料Badh2基因序列编码区无突变,遗传分析显示渝恢2103与badh2-E7突变型香稻宜香1B香味基因不等位,与非香稻杂交F2香与非香分离比接近9∶7,与香稻杂交F2香与非香分离比接近7∶9,表明渝恢2103的香味受多基因控制。进一步利用实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)比较了与2AP生物合成相关基因在日本晴、渝恢2103和宜香1B的表达情况,结果显示,Badh2基因在日本晴和渝恢2103中表达差异不大,但在宜香1B中表达量异常高;多数脯氨酸与谷氨酸代谢途径相关基因在宜香1B中的表达水平显著高于日本晴和渝恢2103;推测宜香1B的2AP合成同时受Badh2基因以及脯氨酸与谷氨酸代谢途径相关基因的影响;渝恢2103香味形成可能与这些基因无必然联系。渝恢2103特殊的遗传特性可能为水稻香味形成机理研究提供新的突破点。     

利用基因编辑技术改良水稻直链淀粉含量与香味

直链淀粉含量是稻米品质的理化指标之一,理想的稻米直链淀粉含量是13%~18%,有香味的稻米特别受消费者欢迎。本研究利用CRISPR/Cas9系统对Wx、Badh2(fgr)2个基因进行定突变,分别在Wx的5’UTR内含子剪切点和编码区序列(CDS)的第13外显子处设计靶点,Badh2的编码区序列(CDS)的第3和第9外显子处设计靶点,构建2个双靶点CRISPR/Cas9载体,通过遗传转化导入受体‘中早35’中,2个独立的转化事件分别得到14株和13株T0代转化苗,对T0突变情况分析表明,突变频率分别为57.1%,46.2%;对Wx基因编辑后产生的4个无转基因标记的T2代稳定株系进行直链淀粉含量测定,结果分别为12.2%、11.3%、7.4%、4.9%,比未编辑的对照‘中早35’(24.6%)大幅降低;同时对Badh2编辑后产生3个无转基因标记T2代稳定株系进行香气物质2-乙酰-1-吡咯啉(2-AP)含量测定,结果分别为228.16μg/kg,198.31μg/kg,2095.24μg/kg通过口嚼判断这3个株系确实有不同程度的香味,而没有香味的对照‘中早35’为0.000001μg/kg,以上所有株系的农艺性状与对照‘中早35’一致。综合结果表明,利用CRISPR/Cas9系统成功编辑水稻Wx、Badh2基因,获得了稳定遗传、较低直链淀粉含量且带有香味的突变体,为优质稻育种提供了新的种质资源和创建方法。     

Development of a CAPS marker for the badh2.7 allele in Sri Lankan fragrant rice (Oryza sativa)

Fragrance in rice is caused by mutations in the badh2 (betaine aldehyde dehydrogenase) gene. It was previously reported that exons 1, 2, 7, 10, 13 and 14 of badh2 are hot spots for various mutations leading to fragrance in most aromatic rice. This study was carried out to sequence the 14th exon of badh2 gene of Sri Lankan aromatic rice varieties that lack the badh2.1 allele. The aims of the study were to predict the aberrant protein structure and to develop a functional DNA marker. In view of this, we sequenced the 14th exon of four traditional aromatic accessions and compared with a published sequence. Four accessions contained a nucleotide ‘G’ insertion in the 14th exon. This novel mutation can be classified as the badh2.7 allele. The predicted three‐dimensional protein structure of the mutant shows loss of part of the oligomerization and coenzyme binding domains, a change that is predicted to result in fragrance. A CAPS‐based novel marker, Bad2.7CAPS, was developed to identify varieties possessing this badh2.7 allele, and it can be utilized in rice breeding programmes.     

利用CRISPR/CAS9基因编辑技术创制香型郑稻19新种质

有特殊香味的稻米深受我国消费者欢迎,是优质水稻的重要指标之一,本研究通过基因编辑创制香型优质水稻新种质。水稻中甜菜碱醛脱氢酶基因Badh2是控制香味的关键基因,以适于直播品种郑稻19为供体材料,利用CRISPR/CAS9技术定点突变水稻Badh2基因。获得T0代转基因阳性植株11株,其中9株子粒有香味,检测6个香型T1株系靶点序列,6个株系均发生突变,发现7种突变类型,5种是缺失类型,2种插入类型,其中3个株系（T1-2、T1-3和T1-7）出现双等位突变。6个T1代株系共测序22个单株,检测到纯合突变10株;T2代检测28株,其中纯合突变21株。以潮霉素抗性基因引物检测T1-2、T1-6和T1-7株系后代单株载体脱落情况,T1代3个株系未获得无载体纯合突变单株,T2代中获得8株无载体纯合突变单株,来源于T1-2株系有3株,来源于T1-7株系5株。T0代9株香型单株子粒2-AP含量1.259±0.072μg/g,T1代8个突变株系2-AP含量0.537±0.111μg/g,均显著高于对照郑稻19。考察中选T1-2、T1-7株系的农艺性状,与郑稻19无显著差异。这些无载体突变单株可作为香型种质在种质创新和育种中应用。     

香味基因和稻瘟病抗性基因在空育131中的聚合改良

空育131本身携带Pik和Pia 2个稻瘟病抗性基因,但目前该品种在黑龙江省的生产上表现为对稻瘟病的抗性差、抗谱窄,且稻米品质不具有香味,需要定向改良。运用基因聚合与传统杂交相结合的方法将香味基因Osbadh2（fgr）和稻瘟病抗性基因Pi1、Pi2、Pi9聚合于空育131中,以实现对空育131香味特征和稻瘟病抗性的遗传改良。最终,得到了3种双基因聚合的组合Pi1+fgr、Pi2+fgr和Pi9+fgr,后代植株对稻瘟病均有较强抗性,稻米具有香味品质,为进一步改良空育131品种奠定了基础。